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Hintergrund

Die vierte Reinigungsstufe ist seit Jahren Gegenstand zahlreicher Forschungs- und Versuchsprojekte. Die bislang vorliegenden Ergebnisse geben Entscheidern von Abwasserbehandlungsanlagen vielfältige Hinweise und Empfehlungen, allerdings beschränken sich die meisten Projekte und Ergebnisse auf Anwendungen für Kläranlagen der Größenklassen 3-5, also > 10.000 EW. Aus Sicht des Umweltschutzes sind auch Kläranlagen < 10.000 EW mit einer vierten Reinigungsstufe auszurüsten.

Gerade Badeseen und Flüsse mit anthropogener Nutzung, die auch als Trinkwasserspeicher sowie als Lebensraum für unterschiedliche Fischarten dienen, welche vom Menschen zunehmend als Nahrung genutzt werden, erfordern lokal höhere Reinigungsanforderungen. Besonders bei zunehmenden Trockenperioden ist mit einer Verschärfung dieser Situation zu rechnen, so dass vermehrt die Wiederverwendung von Abwasser diskutiert, erforscht und teilweise umgesetzt wird. Damit kommunales Abwasser sicher wiederverwendet werden kann, hat die Europäische Kommission Leitlinien für die EU-Staaten veröffentlicht. Auf der anderen Seite ist mit der Installation einer vierten Reinigungsstufe ein höherer Energieverbrauch verbunden, der dem zentralen Umweltschutzziel CO₂-Reduktion der heutigen Zeit entgegensteht.

F&E-Projekte verbinden erweiterte Reinigungsleistungen zwar weitgehend mit einer energieeffizienten Betriebsweise, allerdings beschränkt sich dies meist allein auf die rein verfahrenstechnischen Prozessschritte z.B. durch energiesparsame Antriebe oder Steuerungslösungen mit einer höheren Prozesseffizienz. Die gleichzeitige, integrierte Nutzung und Einbindung erneuerbarer Energien als Teil des Gesamtprozesses und der Hebung optimaler Energieeffizienzen durch integrierte Steuerungen stellt eine Ausnahme dar und ist insbesondere auf kleinen und mittleren Abwasseranlagen nach Kenntnis der Antragsteller bislang weder ohne noch mit Demonstrationscharakter untersucht worden. Zudem spielen vor dem Hintergrund der Abwasserwiederverwendung flexible Qualitätsergebnisse bei der Abwasserreinigung eine zunehmend wichtige Rolle, was in Deutschland kaum in Betracht gezogen wird.

Zielsetzung

Neue einer vierten Reinigungsstufe Verfahren müssen nicht nur hinsichtlich ihrer Reinigungswirkung, sondern auch in Bezug auf ihre Energieeffizienz bewertet werden. Das Projekt strebt die Entwicklung einer innovativen Steuerung an, die eine flexible Anpassung der Reinigungsqualität ermöglicht, den Energieeinsatz minimiert und gleichzeitig erneuerbare Energien optimal nutzt.

Konkret umfasst die Zielsetzung des Projekts folgende Aspekte:

– Entwicklung einer intelligenten Steuerung für die vierte Reinigungsstufe, die in der Lage ist, die Reinigungsqualitäten flexibel einzustellen, um unterschiedlichen Anforderungen an eine Abwasserwiederverwendung gerecht zu werden. 

 –  Effektive Entfernung von Spurenstoffen und Mikroschadstoffe aus dem Abwasser zur Reduzierung der Gewässerbelastung. 

– Optimierung des Energieverbrauchs der vierten Reinigungsstufe, durch den Einsatz von energieeffizienten Technologien und einer intelligenten Steuerung. 

Das Projekt strebt eine Balance zwischen Reinigungsqualität und Energieverbrauch an, um einen nachhaltigen Betrieb zu ermöglichen.

Vorgehen

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer webbasierten, teilweise echtzeitüberwachten und multikriteriellen flexiblen Steuerung, anwend- bzw. anpassbar für unterschiedliche Verfahren der vierten Reinigungsstufe, die einerseits den Reinigungsprozess auf gewünschte Zielkriterien ausrichtet, anderseits durch Prognoseanalyse dem Betreiber voraussagt, welche Abwasserqualitäten bei optimalem Energieverbrauch je nach Rohabwasserqualität zu erreichen sind. In begleitenden Untersuchungen durch den Partner HAW Hof sollen erforderliche Korrelationsbeziehungen zwischen den gängigen Abwasserparametern pH, Lf, Trübung, TS, AFS65, CSB, Nges NH₄ und NO₃ und ausgewählten Spuren-/Mikroschadstoffen ermittelt werden .
Von besonderer Neuartigkeit ist die Einbindung erneuerbarer Energien in den flexiblen Steuerungsprozess einer Abwasserbehandlung mit dem Ziel der Spurenstoffreduktion.

Technologie

Sowohl für die Dimensionierung/Auslegung der Speicher als auch für das eigentliche Speichermanagement der Energie ist eine Software zu entwickeln, welche diese Aufgabe in Verbindung mit dem Reinigungs- und Energieherstellprozess mittels erneuerbarer Energien übernimmt.  Die Software erfasst und ermittelt zunächst zu erwartende Prozessverläufe und bildet diese als Bemessungsgröße ab. Durch den zu entwickelnden Algorithmus in Verbindung mit Simulationen werden mögliche Anlagenauslegungen ermittelt und vorgeschlagen.
Der Nutzer kann somit eine Anlage auch in Varianten auslegen und die Investitionskosten als weitere Einflussgröße ermitteln. Der zweite Softwarepart umfasst die notwendige Prozesssoftware, welche in einer industriellen Automatisierungsumgebung zum Einsatz kommt. Ihre Eingangsdaten sind sowohl die verfahrenstechnischen Auslegungsparameter als auch konkrete aktuelle, historische und prognostische Prozessdaten sowie die Zielparameter der zu erreichenden Abwasserqualität. Die Software hat sodann die Aufgabe, sowohl den technischen Prozess z.B. einer Membrananlage in Kombination bzw. auf Abstimmung mit dem Energieprozess zu steuern.

Projektpartner

Kontakt

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